A Naprendszer tömegének 99,8 százalékát a Nap teszi ki.
Csillagunk egy fáradhatatlan termonukleáris kemence, amely nagyrészt hidrogénből, valamint héliumból és elenyésző mennyiségű egyéb elemből áll.
Ez a „kemence” másodpercenként elképesztő, 600 millió tonna hidrogént használ fel. Azt gondolhatnád, hogy ilyen ütemben már rég ki kellett volna égnie, elhasználva a magjában lévő üzemanyagot, és egy hűvös fehér törpévé kellett volna válnia. Ez azonban nem történt meg, és még több milliárd évig nem is fog. De miért?
Valójában a Nap magja, ahol a termonukleáris fúzió zajlik, hatalmas hidrogénkészletekkel rendelkezik. A szakértők becslései szerint a Nap magjában megközelítőleg 1057 hidrogénatom „raktározódik”.
Még az elképesztő ütemű hidrogénfogyasztás ellenére is elegendő üzemanyaga van a Napnak ahhoz, hogy további, nagyjából öt milliárd évig ragyogjon.
Ez a 600 millió tonna hidrogén persze nem csak úgy eltűnik – energiává (és héliummá) alakul át, a folyamatot pedig Einstein híres képlete, az E=mc2 írja le.
E képlet szerint a 600 millió tonnából körülbelül 4,3 tonnányi anyag (3,6⋅1038 proton) alakul sugárzó energiává, amely meleget ad magának a Napnak és egész bolygócsaládjának. A magban zajló proton-proton ciklus során négy protonból egy hélium-4 atommag jön létre. Ez a tömegveszteség azonban elenyésző a Nap teljes, 2⋅10^27 tonnás tömegéhez képest.
Még ha másodpercenként négymillió tonna anyagot alakítana is át, a Nap teljes tömegének felemésztéséhez körülbelül 15 trillió évre lenne szükség.
Ez a szám sokkal nagyobb, mint a Nap várható élettartama. Csillagunk élete azonban nem az üzemanyag elfogyása, hanem a külső héjának hirtelen kitágulása miatt fog véget érni. Ez a vörös óriás fázisban következik majd be. Ebben az „állapotban” a Nap csupán néhány millió évet tölt, majd gyorsan zsugorodni kezd, és fehér törpévé válik. Ezt követően a Nap üzemanyag-készletei kimerülnek, és többé már nem ad majd meleget.
A Nap hosszú élettartamának másik fontos tényezője a magjának 15 millió Celsius-fokos hőmérséklete.
Az óriási hőre azért van szükség, hogy a pozitív töltésű hidrogénatommagok le tudják győzni az egymás közötti elektrosztatikus taszítóerőt, így lehetővé téve számukra az egyesülést és az energia felszabadítását. Ez olyan, mintha két azonos pólusú mágnest próbálnál összenyomni – rengeteg energiába kerül, hogy legyőzd a természetes taszításukat.
Ebben a folyamatban főként a proton-proton ciklus játszik szerepet, amely más fúziós reakciókhoz képest viszonylag lassan zajlik.
Ez a lassú „égés” hosszú időn keresztül biztosít stabil energiafelszabadulást, nem pedig egy gyors robbanást, ami a csillag instabilitásához és élettartamának lerövidüléséhez vezetne.
A Nap több rétegre is tagolódik, amelyek mindegyike egyedi tulajdonságokkal és funkciókkal bír, és mindegyik szerepet játszik a csillag élettartamában.
A magot körülvevő sugárzási zóna egy hatalmas energiaszállító rendszerként működik, amely a magban termelődött energiát a felszín felé továbbítja.
A felszínhez közelebb eső konvektív (áramlási) zónában a plazma folyamatosan keveredik, és az energiát a belső régiókból a külső rétegek felé szállítja.
Láthatjuk tehát, hogy a Nap viszonylag fiatal, és csillagászati mércével mérve még bőven van „üzemanyag a tankjában”. Talán logikátlannak tűnhet, hogy csillagunk, amely másodpercenként 600 millió tonna hidrogént éget el, képes mégis több milliárd évig létezni, de a Nap hatalmas tömege és a benne zajló belső folyamatok ezt mégis lehetővé teszik.
